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Análisis
de las cargas que afectan a las construcciones
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Es parte de los
contenidos de ESTRUCTURAS EN ARQUITECTURA cuyo autor es el Ingeniero José
Luis Gómez
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| En todo análisis
de carga corresponde estudiar los dos tipos que, desde el punto de vista
temporal, accionan sobre las estructuras: Cargas
permanentes y cargas variables. |
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Cargas
permanentes
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| Se designa
como carga permanente (D) al conjunto de acciones que se producen por el peso
propio de los elementos estructurales y los no estructurales. Muros
divisorios, pisos, contrapisos, revestimientos, instalaciones y todos
aquellos elementos que conservan una posición fija en la construcción
gravitan en forma constante sobre la estructura. |
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El cálculo
de la carga permanente es sencillo pues sólo se requiere la determinación
del volumen de los distintos componentes de la construcción y
multiplicarlo por el peso específico del material correspondiente. En
general las cargas permanentes se representan como cargas uniformemente
repartidas sobre las distintas áreas de la construcción, aunque hay
casos de cargas lineales (muros) y también pueden hacerse presentes en
forma de cargas concentradas (equipos fijos). |
| Si se
tiene presente que una estructura está compuesta por piezas denominadas:
barras horizontales (vigas), barras verticales (columnas), placas
horizontales (losas), placas verticales (muros o tabiques resistentes), es
bueno ir destacando que resulta práctico y conveniente expresar las
cargas sobre los mismos de la siguiente manera: |
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Losas
Vigas
Columnas
Muros
resistentes |
en N/m2 o kg/m2
en
N/m o kg/m o t/m
en N o kg o t
en
N/m o kg/m o t/m |
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| Cuando se
presentan cargas concentradas en losas, vigas o columnas, se expresan en N
o kg o t. |
| La TABLA
DE PESOS ESPECÍFICOS contiene pesos (específicos en algunos casos, y
por unidad de superficie en otros) de los materiales que corrientemente se
utilizan en la construcción de edificios. Cabe aclarar que las cargas
permanentes debidas a la acción del campo gravitatorio, invariablemente
son fuerzas de dirección vertical y sentido orientado al centro de la
tierra. |
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| Esta tabla y las
demás pueden ser llamadas desde cualquier ejercicio que las utilice para
su resolución. |
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Cargas
variables
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| Se
designan como cargas variables a aquéllas que tienen la particularidad de
no actuar constantemente, en el tiempo y en el lugar. Incluyen, por lo
tanto, a las cargas ejercidas por los ocupantes y todo aquello que no
tiene una posición fija y definitiva, como así también las cargas
debidas a fenómenos atmosféricos o telúricos (viento, hielo, nieve,
diferencias de temperatura, sismos, etc.). Si bien algunas tienen el carácter
de móviles o dinámicas, en general se permite su simplificación
considerándolas como cargas estáticas equivalentes. |
| Las cargas
variables debidas al uso de la construcción (L y Lr)
provienen de la aglomeración
de personas, peso de muebles, mercaderías, máquinas, etc. Para
simplificar los cálculos, la TABLA DE SOBRECARGAS puede ser
utilizada por el proyectista directamente, salvo que el uso a dar al
edificio sea particular. |
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| Cargas
debidas a la nieve
(S): es el peso de la nieve
que puede acumularse sobre la cubierta, dependiendo de la localización
geográfica y de la elevación sobre el nivel del mar del sitio
considerado. En el territorio de nuestro país se han considerado dos
zonas: zona I, en que la
ocurrencia de nevadas es altamente improbable y zona
II, en donde pueden ocurrir
nevadas en forma extraordinaria, normal o frecuente. El valor de la
sobrecarga de nieve varía desde 45 kg/m2 en localidades con
nevadas poco frecuentes, hasta 430 kg/m2 en localidades con
ocurrencia de nevadas frecuentes durante todo el año. |
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Por
otra parte, en el valor de la sobrecarga por nieve, se tiene en cuenta la
influencia de las características de la cubierta (forma, inclinación,
etc.) |
| Cargas
debidas a viento
(W): dependen de la velocidad
del viento en función de la localización geográfica, del entorno, de la
forma geométrica del edificio, y de sus dimensiones en planta y en
altura. |
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Conceptualmente,
digamos que la energía cinética de la masa de aire en movimiento, al
encontrar un obstáculo, se transforma en una presión estática sobre el
mismo, en nuestro caso, un edificio. |
| El viento
ejerce, sobre la mayoría de las estructuras, fuerzas de presión y de
succión, sobre cerramientos y cubiertas (siempre perpendiculares al plano
sobre el cual inciden), por lo que se torna una carga muy importante a
tener en cuenta, sobre todo en edificios con cubiertas livianas. |
| Cargas
debidas al empuje de líquidos, tierra o material a granel (H):
se trata de la acción debida al empuje estático de diversos materiales
retenidos por la estructura. En algunos casos, como el empuje de tierras o
de aguas friáticas sobre muros de subsuelo o muros de contención, las
cargas actúan con su intensidad máxima durante lapsos muy grandes, y
deben considerarse como permanentes. En cambio, en recipientes, depósitos
o piletas de natación, estas acciones tienen variaciones importantes en
el tiempo y deben tratarse como cargas variables. Cuando son variables y
su efecto es favorable para la estabilidad de la estructura, deben
considerarse con intensidad reducida. |
| Cargas
sísmicas (E): Son conocidos los efectos
devastadores que producen los sismos. Con el fin de prevenir esos efectos
existen métodos simplificados de análisis estructural que tratan de
representar, lo más fielmente posible, el comportamiento del edificio en
el momento del sismo. Uno de estos métodos, basado en efectos estáticos
equivalentes, consiste en aplicar a la estructura fuerzas horizontales,
distribuidas de tal manera que produzcan efectos similares a los que
sufriría bajo la acción sísmica. Se estima la carga lateral en la base
del edificio como una fuerza proporcional a la masa del mismo. |
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| El siguiente cuadro sintetiza las cargas que pueden accionar sobre las estructuras: |
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| Cargas |
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Permanentes |
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Cargas que permanecerán en forma constante sobre la Estructura
(D) |
| Fluidos bien definidos (F) |
| Variables |
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Sobrecargas
de uso (L y Lr) |
| Nieve
(S) |
| Hielo
(I) |
| Viento
(W) |
| Sismo
(E) |
| Acumulación
de agua de lluvia (R) |
| Empuje
de tierra (H) |
| Accidentales |
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No
se pueden prever estadísticamente, por lo tanto no entra dentro de
la responsabilidad profesional considerarlas. |
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Previo a la realización del análisis de cargas, y con la finalidad de cubrir las
incertidumbres en los valores de las mismas, se las debe afectar con factores de
mayoración de cargas.
Las denominaciones de las cargas corresponden: D (dead) cargas permanentes;
E (earthquake) cargas debidas a los movimientos sísmicos; F (fluid) cargas debidas al peso y presión de fluidos bien definidos;
H (horizontal) cargas debidas al peso y presión lateral de suelo, agua u otros materiales;
L (live) sobrecargas de uso; R (rain) cargas de lluvia;
Lr (live reducido) sobrecargas de cubierta; S (snow) cargas de
nieve; T (total) cargas provenientes de diversos factores como retracciones, fluencia lenta, asentamientos, etc.;
W (wind) cargas de viento.
A continuación se muestran diferentes combinaciones de cargas según Proyecto de Reglamento CIRSOC 201 y 103 II: |
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9-1.
1,4 (D + F)
9-2.
1,2 (D + F + T) + 1,6 (L + H)
+ 0,5 (Lr o S o R)
9-3.
1,2 D + 1,6 (Lr o S o R)
+ ( 1,0 L o 0,8 W)
9-4.
1,2 D + 1,6 W +
0,5 L + 1,0 (Lr o S o R)
9-5.
0,9 D + 1,6 W + 1,6 H
9-6.
1,2 D ±
1,0 E + f1 L + f2 S
9-7
0,9 D ± 1,0 E |
| El factor f1 está determinado por la cualidad del uso de la que se calcula; y
f2 por las formas de la cubierta. |
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Para el caso de estructuras de madera, debido a que no se ha redactado un
Reglamento Argentino, se aceptan los lineamientos sugeridos por la Norma brasilera NBR7190.
A continuación se muestran cuatro combinaciones de carga según dicha Norma: |
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NBR-1.
1,3 D + 1,4 (L o S o R)
NBR-2.
Para dos cargas variables de naturaleza diferente
1,3 D + 1,4 [(L o S o R) +  0
(Lr o S o R)]
NBR-3.
Cuando una de las cargas variables es el viento:
1,3 D + 1,4 [(L o S o R) + 0
W]
NBR-4.
1,3 D + 1,4 [ 0,75 W + 0
(L o S o R) |
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| Como se puede apreciar, cuando existen combinaciones que incluyen dos cargas variables,
interviene un factor de combinación y0, cuyos valores se transcriben en la siguiente tabla: |
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| Acciones
en estructuras corrientes |
0 |
| Presión
dinámica de viento |
0,5 |
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| Sobrecargas
variables en los edificios |
0 |
| Locales
en los que no hay predominio de equipamiento fijo ni de
elevadas concentraciones de personas. |
0,4 |
| Locales
donde hay predominio de peso de equipamiento fijo o de
elevadas concentraciones de personas |
0,7 |
| Bibliotecas,
archivos |
0,8 |
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